Una solución cuántica para agujeros negros – La nación

Las dos familias de física no han hablado durante 100 años. La teoría general de la relatividad de Einstein describe exactamente el universo a gran escala: cómo los planetas, las estrellas y las galaxias deforman la tela del espacio-tiempo. Por otro lado, la mecánica cuántica explica el extraño y pequeño mundo de las partículas subatomar.

Ambas teorías forman los pilares de la ciencia moderna, pero generalmente son incompatibles. La asociación ha sido el grial sagrado de la física en una sola teoría de “nivel cuántico pesado”. Nuevos estudios sugieren que la clave para alcanzar este tiempo podría estar oculta en el corazón de los objetos más desconcertantes del universo: los agujeros negros.

El pared intransitable de la física. El problema es simple y el tiempo es increíblemente complejo. La mecánica cuántica ha logrado explicar tres de las cuatro fuerzas básicas de la naturaleza: electromagnetismo, fuerte energía nuclear y energía nuclear débil. Sin embargo, la gravedad lo contradice. La teoría general de la relatividad, nuestra mejor teoría de la gravedad, se desmorona en los entornos más extremos del universo, exactamente donde los efectos cuánticos deberían ser de importancia crucial.

El ejemplo más claro de este descanso son las singularidades, los puntos de densidad teóricamente infinitos en el centro de los agujeros negros. Para los físicos, el infinito en una ecuación es una señal de alarma que establece que la teoría ha alcanzado su límite. “Creemos que la teoría general de la relatividad solo funciona en escalas grandes o macroscópicas, pero que en distancias muy cortas o escalas microscópicas tienen que ser reemplazadas por una teoría cuántica de la gravedad” Explicó Space.com El físico teórico Xavier Calmet, autor de un nuevo estudio publicado en Cartas europeas de Hysik.

Una nueva receta para agujeros negros. Hasta ahora, la teoría de la cuerda ha sido el principal candidato para esta asociación en ausencia de una revisión experimental. Pero Calmet y su equipo han seguido un enfoque diferente y sorprendentemente efectivo. En lugar de una teoría cuántica completa y terminada, han utilizado un llamado “efecto efectivo de Vilkovisky-Dewitt” para calcular las correcciones cuánticas universales que deben aplicarse a las ecuaciones de Einstein, independientemente de la teoría subyacente.

Al usar estas correcciones, el equipo descubrió algo fascinante: además de los agujeros negros que resultan de la teoría general de la relatividad, también deben nacer los agujeros de las “soluciones cuánticas”. Y no hay ajustes simples a los agujeros negros que ya conocimos. “Son agujeros negros completamente nuevos que existen en un mundo de gravedad cuántica”, explica Calmet. Nuevos objetos teóricos que emergen de las mismas matemáticas, pero con un sabor cuántico.

Lo que esto significa. La teoría de la relatividad de Einstein es ideal para cosas grandes como planetas y galaxias (un mundo continuo). Y mecánica cuántica, para los pequeños, como los átomos (un mundo para saltar). Cuando se trata de explicar agujeros negros, la teoría de la relatividad predice una singularidad, un punto de densidad infinito que nos dice en la práctica que la teoría ya no funciona.

Estos físicos han logrado usar un “parche” matemático para agregar las reglas cuánticas básicas a la teoría de la relatividad. Este parche es la acción de Vilkovisky-DewittDesarrollados por los físicos Georgy Vilkovisky y Bryce DeWitt. No solo arreglaron el “error”, sino que también descubrieron que las nuevas reglas permitían la existencia de un tipo de agujero negro completamente nuevo que simplemente no podía existir de acuerdo con las antiguas reglas de Einstein.

¿Podemos verlos alguna vez? El estudio describe cómo se pueden construir estas soluciones cerca del horizonte del evento, el borde del que puede escapar el agujero negro. Aunque estas soluciones cuánticas son teóricamente diferentes, es una tarea casi imposible por el momento de distinguirlas de sus objetos clásicos. Las diferencias más importantes están muy cerca del horizonte del evento, una región que no podemos observar directamente.

“Los agujeros negros astrofísicos que observamos bien podrían describirse con nuestras nuevas soluciones en lugar de relatividad general”, concluye Callmet. “Dado que ambas teorías corresponden a grandes distancias, será difícil proponer evidencia que pueda distinguir entre los dos tipos de soluciones”.

La teoría muestra que es posible que haya agujeros negros en un marco del pesado cuántico. Sin embargo, los secretos de la gravedad cuántica siguen siendo duros por estos titanes cósmicos: la reacción al mayor rompecabezas de la física moderna no está en un acelerador de partículas, sino que rodea en silencio en la oscuridad de la habitación.

Imagen | OLLA

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